操作参数对熔融盐高温斜温层蓄热性能的影响

首先提出了一种新型熔融盐高温斜温层耦合蓄热单罐系统,然后基于多孔介质局部热平衡理论,建立了熔融盐高温斜温层蓄热的局部热平衡数值模拟模型,研究了熔融盐进口流速、进口温度及工作温差等操作参数对斜温层蓄热单罐热性能的影响,并在熔融盐传热-蓄热实验平台上进行了试验研究。发现:当进口速度为0 001 m/s级及降低工作温差等有利于降低斜温层厚度,模拟得到的蓄热单罐轴向温度分布变化与实验结果趋于一致。因此,合理选取这些参数对蓄热单罐的正常运行是非常必要的,结果可以用于指导蓄热单罐的设计。     

多孔介质高温蓄热的热性能分析

高温蓄热是太阳能热发电、高温热利用中的重要组成部分。本文对基于多孔介质和熔融盐流体的高温蓄热过程进行了计算分析,对蓄热时间、流体进口温度、进口速度对斜温层温度分布的影响进行了分析。结果表明进口温度对斜温层厚度的影响较小,进口速度的增加会导致斜温层厚度的增加。同时对流体和多孔介质的温度差进行了分析,得到了应用于局部热平衡和非热平衡的雷诺数判据。     

高温填充床蓄热过程中流固传热温差分析

单罐填充床蓄热是一种重要的高温蓄热方式,填充材料的物性和边界条件对传热性能具有重要的影响。本文利用局部非热平衡能量控制方程对单罐斜温层蓄热系统进行了数值计算分析,对换热过程中熔盐和蓄热材料之间的传热温差进行了重点研究,得到了蓄热过程中传热温差随蓄热时间、蓄热材料的密度、导热系数和熔盐的速度等参数的变化规律,为进一步分析传热性能随时间和空间的变化规律提供依据。     

熔融盐(LiNO3)强制对流换热实验

由于熔融盐使用温度高、热稳定性和传热性能好,被认为是太阳能塔式发电系统和新一代槽式发电系统中最有前途的传热蓄热介质之一.本文通过搭建高温熔融盐传热试验台,成功实现了 LiNO3熔融盐与导热油的强制对流换热试验循环,得到了总的对流换热系数,初步得到了在旺盛紊流区熔融LiNO3在不同雷诺数下对应的努塞尔数.     

高温填充床蓄热过程传热特性的实验研究

高温蓄热是太阳能热发电、高温热利用等的重要组成部分.本文建立了高温填充床蓄热系统实验装置,采用高温三元熔盐作为传热流体介质,分别采用陶瓷球颗粒和相变球颗粒作为填充材料对蓄热系统进行了实验研究,对蓄热系统进行了整体性能测试.分别得到了显热蓄热和相变蓄热过程中不同时刻、不同测点的温度变化和蓄热量的变化规律,可为蓄热系统的设计提供实验参考.     

圆管内熔融盐强迫对流换热的实验研究

为了验证现有的经典对流换热关联式是否仍然适用于高温熔融盐管内强迫对流的换热规律,搭建了熔融盐传热蓄热循环实验台进行实验研究.实验台系统已经在实验室安全成功运行了上千小时,实验中,设计了熔融盐-导热油换热器,通过测量熔融盐进出口温降和导热油进出口温升得到了换热器的总传热效率,然后利用最小二乘法对管内熔融盐对流换热系数进行分离,拟合出了熔融盐管内过渡流和充分发展紊流的实验关联式.通过和经典的传热关联式进行比较发现,熔融盐管内强迫对流换热特性仍然适用于Sieder-Tate方程,Petukhov方程,Hausen方程以及Gnielinski方程.     

恒热流边界条件下流体横掠多孔介质中平板的边界层分析

基于Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型,对恒热流条件下流体横掠多孔介质中平板的强制对流进行了边界层分析。通过建立二维流动的连续方程、动量方程和考虑流体与多孔介质局部非热平衡时的能量方程,应用数量级分析和积分的方法对方程组进行简化和求解,得出了流体的速度分布、温度分布、速度边界层和温度边界层的厚度、对流传热的理论关联式。研究结果表明:恒热流条件下流体横掠多孔介质中平板的速度边界层与光板时完全不同,其在平板前端迅速增长,随后沿着流动方向变得非常平坦并趋于一定值;而温度边界层的厚度发展则与光板时类似,沿着流动方向不断增长,且与壁面处热流密度的大小无关。     

熔盐单罐蓄热系统中斜温层黏性指进的稳定性分析

单罐填充床蓄热是一种重要的高温蓄热方式,而在充放热过程中不发生黏性指进现象,保持斜温层的稳定是蓄热系统是否可行的重要依据。本文对充放热过程中熔盐的流动方向、熔盐的密度和黏度对黏性指进的影响进行了详细的理论分析。结果表明熔盐自上而下流动,热熔盐置换冷熔盐时,熔盐流速不能超过临界流速;冷熔盐置换热熔盐时,熔盐流速要大于临界流速才能维持斜温层的稳定。熔盐自下而上流动,热熔盐置换冷熔盐时,必然会发生黏性指进;冷熔盐置换热熔盐时,没有流速的限制,斜温层能自然保持稳定。     

新型低熔点熔盐黏度的实验研究

熔盐因其具有广泛的使用温度范围,低蒸气压,大热容量,低黏度,良好的稳定性,低成本等诸多特性已成为聚光太阳能热发电中颇有潜力的传热蓄热介质。准确的熔盐热物性对于太阳能发电过程中介质的传热蓄热性能有重要影响。其中熔盐黏度作为重要的热物性之一,对于提高传热效率和降低流动阻力具有决定作用。本文利用研制的高温黏度测量仪对水和HITEC盐的黏度温度特性进行了实验研究,实验结果与文献数据具有较好的一致性,证明了该高温熔盐黏度仪的可靠性。为了降低混合熔盐的熔点,改进其热物性能,本文对Solar Salt进行改性研究,得到两种新型低熔点混合熔盐,并测定得到了黏度温度特性曲线。结果表明,改性后的高温熔融盐黏度有所降低,有利于降低太阳能热发电熔盐传热管路系统的阻力和成本。     

混合氯化熔融盐的腐蚀性实验

混合氯化盐是一种非常有前途的高温传热蓄热介质.为了确定混合氯化盐传热蓄热系统适用的金属材料,本文对2520、304、321和316L四种常用不锈钢在混合氯化盐中的腐蚀情况进行了实验研究,并与混合硝酸盐的腐蚀特性进行了对比.结果表明,混合氯化熔盐比混合硝酸盐对四种不锈钢的腐蚀性要大几十倍,混合氯化盐对四种不锈钢腐蚀速率从大到小依次为316L、304、321和2520.     

旋转多孔层中非局部热平衡时黏弹性流体的热对流研究

本文研究了旋转多孔层中黏弹性流体在固相骨架和孔隙流体处于非局部热平衡下的自然对流特征,根据非局部热平衡的两能量方程模型,应用截断Galerkin展开得到了描述非局部热平衡下旋转多孔层中黏弹性流体流动和换热的常微分方程组,讨论了方程组的平衡点及稳定性,揭示了非局部热平衡下Nusselt数对无量纲参数的依赖关系。     

底部局部加热多孔介质自然对流传热的格子Boltzmann模拟

运用格子Boltzmann方法研究了底部局部加热多孔介质方腔的自然对流传热.方腔的上壁面为低温热源,下壁面为局部高温热源,左右壁面为绝热条件.重点分析了高温热源位置a及尺寸b对多孔介质方腔自然对流传热性能的影响,提出了平均Nusselt数Nu和位置a及尺寸b的拟合关系式.研究结果表明:高温热源位置及尺寸对多孔介质方腔内自然对流传热性质的影响很大,且存在最佳高温热源位置(a=4/16)和尺寸(b=0.75),以达到最强的对流换热强度(Nu_(max)≈10.35)和最大的对流换热量(Q_(max)≈5.69).     

流体/准饱和多孔介质中伪Scholte波的传播特性

研究流体/多孔介质界面Scholte波的传播特性对于水下勘探、地震工程等领域具有重要意义.本文基于Biot理论和等效流体模型,采用势函数方法,推导了描述有限厚度流体/准饱和多孔半空间远场界面波的特征方程和位移、孔压计算公式.在此基础上,分别以砂岩和松散沉积土为例,研究了流体/硬多孔介质和流体/软多孔介质两种情况下,可压缩流体层厚度和多孔介质饱和度对伪Scholte波传播特性的影响.结果表明：多孔介质软硬程度显著影响界面波的种类、相速度、位移和水压力分布;有限厚度流体/饱和多孔半空间界面处伪Scholte波相速度与界面波波长和流体厚度的比值有关;孔隙水中溶解的少量气体对剪切波的相速度的影响不大,对压缩波相速度、伪Scholte波相速度和孔隙水压力分布影响显著.     

相变填充床熔盐斜温层储热系统梯级储热特性

本文建立了双层相变材料熔盐斜温层储热系统的传热储热数值模型，分析了相变材料熔点/位置/含量/比例对储热系统斜温层厚度、流固温差和有效热效率等参数的影响规律。结果表明，由于相变材料的存在，储热系统斜温层分为高温斜温层，低温斜温层和相变层，出口温度出现三个平台，储热系统形成热能梯级输出，使有效放热效率升高。相变材料位置直接影响储热系统性能，高熔点相变材料靠近出口，提高了中高温段放热量。下层填充物占罐体高度比为0.15时，有效放热效率比单层时提高3%～10%。     

层状多孔介质中声反射和透射

本文根据流体饱和多孔介质中声传播的Biot理论和多孔介质界面上的六个边界条件研究了平面声波斜入射于多层水平板状多孔介质时的反射和透射。数值计算了快纵波为入射波时声波频率、入射角等量的变化对能量的反射系数、透射系数的影响。数值计算结果表明,当声波波长与中间介质厚度呈一定比例时,反射系数、透射系数取得极值,入射角、多孔介质的性质对反射系数、透射系数的影响很大。     

焚烧炉中多孔介质状垃圾团块传热分析

以焚烧炉中垃圾团块的传热问题为背景,研究含高水分的多孔介质在高温环境下的传热规律。气、固相处于非热平衡态,分别列出其能量方程,且能量方程中考虑辐射项。从描述多孔介质传热的质点方程出发,采用局部容积平均法导出平均化方程,根据经验修正方程中的系数,并列出适当的初始条件和边界条件,用数值计算方法求出垃圾团块中气、固两相的温度场。     

304不锈钢高温NaNO3/KNO3二元熔盐流动腐蚀机理研究

熔融盐以其优良的性能在太阳能热发电站中常被用作储热和蓄热介质,然而由于蓄热的熔融盐工作温度高达500?600℃,这就使得熔融盐对蓄热系统材料的腐蚀成为一个关键问题。本文以美国新月沙丘塔式熔盐太阳能热电站为原型,针对其运行情况,自主设计并搭建旋转式高温NaNO3/KNO3二元熔盐腐蚀特性模拟实验系统,探究了304不锈钢在特定温度、不同流速、不同时间协同作用下的腐蚀动力学特性,并利用SEM、EDX、XRD等分析测试技术探索材料表面的微观腐蚀形貌和腐蚀产物形态及元素组成,揭示了304不锈钢在高温流动熔融盐中的腐蚀行为规律和腐蚀机理。     

边界条件局部变化对二维发汗冷却的影响

本文通过对发汗冷却的多孔区域进行二维非热平衡数值模拟,研究了多孔介质区域进口处对流换热系数、冷却剂流量局部降低以及多孔介质受热表面热流密度局部增大对青铜、陶瓷两种不同多孔材料的温度场的影响。计算结果表明,冷却剂在进口处与多孔壁面对流换热系数的增大使多孔介质内部趋向于热平衡;热端壁面对流换热系数、冷却剂流量的局部变化对陶瓷多孔壁面在该局部区域的影响要大于青铜多孔壁面,但青铜多孔壁面受影响的区域更大,而冷却剂流量的局部降低对两种材料固体、流体间温差的影响程度基本一致。     

考虑毛细滞后效应的未饱和含湿多孔介质传热和传质理论

毛细滞后是未饱和多孔介质中很重要的特性之一。在许多情况下，毛细滞后现象对介质中传热和传质过程有着显著的影响。本文引入最小梯度概念，用以描述多孔体中毛细水运动滞后的定量行为，进而建立了考虑毛细滞后效应的未饱和含温多孔介质传热和传质的系统理论，为进一步定量研究毛细滞后对传热传质的影响打下了理论基础。     

太阳能热气流发电系统非稳态耦合数值分析

对包含蓄热层的太阳能热气流发电系统的传热与流动特性进行非稳态耦合数值模拟.建立了集热棚、烟囱以及蓄热层内部传热与流动数学模型.分析了不同蓄热介质的太阳辐射响应特性对系统昼夜发电峰谷差的影响,计算结果表明:采用热容较高的土壤作为蓄热介质可以有效降低昼夜平均温度的峰谷差,从而有效调整系统的昼夜发电峰谷差;蓄热层表面温度越高,系统不可逆性越大,能量损失和可用能损失越大;蓄热层导热系数越大,蓄热层表面温度越小,烟囱出口平均温度和平均速度越高,通过烟囱出口的能量损失越大.